Analog Devices jest firmą kojarząca się przede wszystkim z wyrafinowanymi podzespołami dla aplikacji analogowych oraz zaawansowanymi sensorami i systemami MEMS. W ofercie ADI znajduje się jednak wiele innych, co najmniej równie interesujących grup podzespołów, z których do prezentacji w artykule wybraliśmy separatory galwaniczne do różnego rodzaju interfejsów komunikacyjnych oraz przetworników A/C z galwanicznie separowanym torem konwersji.

W standardowych systemach cyfrowych wymiana danych pomiędzy ich poszczególnymi blokami odbywa się względem ustalonego poziomu odniesienia. Łączenie ze sobą kilku urządzeń w większy system niesie ryzyko, że ich potencjały odniesienia nie będą jednakowe i wyniku przepływu prądu wyrównującego urządzenia mogą zostać uszkodzone. Ma to miejsce zwłaszcza w przypadku urządzeń zasilanych z sieci energetycznej (rysunek 1).

Rys. 1. Schemat blokowy systemu interfejsowego RS232 z zastosowanymi separatorami galwanicznymi iCouplers

Separatory galwaniczne produkowane przez Analog Devices znalazły zastosowanie m.in. w systemach akwizycji danych produkowanych przez firmę National Instruments (karty systemu S i M). Szczegóły są dostępne pod adresem.

Popularnym sposobem galwanicznego separowania torów cyfrowych było stosowanie transoptorów, których cechy i parametry wykluczają z niektórych aplikacji, przede wszystkim ze względu na ich niewielką prędkość, duże czasy narastania i opadania zboczy sygnałów, słaba propagacja krótkich impulsów, konieczność zasilania przez sygnał wejściowy diody IrED o dużych wymaganiach prądowych, a także relatywnie duża złożoność aplikacyjna, zwłaszcza w systemach z dwukierunkowymi magistralami danych (rysunek 2).

Rys. 2. Porównanie systemów separacji galwanicznej na przykładzie interfejsu RS485, zrealizowanych: tradycyjnie na transoptorach (lewa część rysunku) i na układzie z rodziny iCoupler (prawa strona rysunku)

Firma Analog Devices opracowała dość niezwykłą technologię transmisji cyfrowych danych przez barierę galwaniczną, która nosi nazwę iCoupler. Jej niezwykłość polega na tym, że elementem separującym (tworzącym barierę galwaniczną) jest transformator, tyle że wykonany w skali mikro (rysunek 3) i zamontowany na podłożu z polyimidu, tworzywa charakteryzującego się wysoką rezystancją właściwą, odpornością na przebicia (warstwa o grubości 20 mm ulega przebiciu przy napięciu powyżej 5 kV_RMS), a także dużą odpornością na szybkie zmiany temperatury.

Rys. 3. Rysunek przekrojowy ilustrujący schematycznie budowę układu z separatorem galwanicznym iCoupler (transformatory są montowane na osobnym podłożu)

Możliwości transformatorów wbudowanych w układy iCoupler są duże, co przejawia się miedzy innymi możliwością przesyłania za ich pomocą energii, do zasilania „drugiej” strony interfejsu, co jest stosowane w niektórych układach interfejsowych oraz samodzielnych przetwornicach DC/DC małej mocy (system isoPOWER, na przykład ADuM5010 – rysunek 4).

Rys. 4. Schemat blokowy przetwornicy DC/DC isoPOWER z wbudowanym transformatorem – ADuM5010